Ultraschnelle lichtgetriebene Elektronenrutsche

Forschenden der Universität Rostock und des Max-Born-Instituts in Berlin ist ein wichtiger Schritt in der ultraschnellen Optik gelungen: Sie haben erstmals nachgewiesen, dass auch organische Kristalle – bekannt aus Materialien wie organischen Solarzellen – in der Lage sind, kurze Laserblitze in hochenergetisches Licht umzuwandeln. Dieser Prozess entsteht, wenn intensive Laserblitze die Elektronen in einem Material so stark beschleunigen, dass Licht mit einer signifikant höheren Energie emittiert wird. Die Technik ist von entscheidender Bedeutung für die Forschung, da sie es ermöglicht, die Bewegungen von Elektronen in Materie mit einer Attosekunden-Auflösung sichtbar zu machen. Die Relevanz dieser Methode für das Verständnis ultrakurzer Dynamik in der Materie wurde 2023 durch die Verleihung des Nobelpreises für Physik an die Entwickler gewürdigt.

Attosekunden-Optik erreicht organische Kristalle: Neue Einblicke in Pentacen

Bisher wurde das Phänomen der Erzeugung hoher Harmonischer hauptsächlich in anorganischen Festkörpern untersucht. Nun gelang es einem Forschungsteam um Dr. Franziska Fennel der Universität Rostock, diesen Prozess erstmals in einem organischen molekularen Kristall zu demonstrieren: in Pentacen, einem Schlüsselmaterial der organischen Elektronik.

Das Team richtete ultrakurze Infrarot-Laserblitze auf dünne Pentacen-Kristalle und konnte dabei Lichtblitze mit der bis zu 17-fachen Energie des ursprünglichen Laserlichts messen. Ein Ergebnis war, dass diese Harmonischenstrahlung höchst empfindlich auf die Ausrichtung des Kristalls und die Polarisation des einfallenden Lichts reagierte. Dies deutet klar darauf hin, dass bereits schwache Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Molekülen eine wichtige Rolle im Prozess spielen.

Begleitende theoretische Simulationen bestätigten, dass diese Methode künftig die Untersuchung elektronischer Kopplungen und Bewegungen in organischen Materialien deutlich präziser als bisher ermöglichen wird – und das ganz ohne den Bedarf an Elektroden oder aufwendigen Messkontakten.

„Unsere Arbeit zeigt, dass auch empfindliche organische Materialien den extremen Bedingungen intensiver Laserpulse standhalten können“, erklärt Projektleiterin Dr. Franziska. „Damit öffnen wir die Tür zu einem neuen Forschungsfeld, in dem wir elektronische Vorgänge in organischen Halbleitern mit Lichtblitzen sichtbar machen können.“

Quelle

Universität Rostock (11/2025)